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Propiedades Térmicas de los Materiales Las Propiedades térmicas de los materiales son las que determinan el comportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura. La temperatura es un factor externo de enorme importancia, ya que afecta a prácticamente todas las características de los materiales. Cuando un sólido recibe energía en forma de calor, el material absorbe calor, lo transmite y se expande. Estos tres fenómenos dependen respectivamente de tres propiedades características del material: la capacidad calorífica o su equivalente calor específico, de su conductividad térmica y de su coeficiente de dilatación.

CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR ESPECIFICO Se define la capacidad calorífica o capacidad térmica molar como la energía necesaria para hacer variar en 1 K la temperatura de un mol de material. En los sólidos se trabaja usualmente con el valor Cp, definido como a la capacidad calorífica a presión constante. Desde el punto de vista de la ingeniería de materiales es más usual trabajar con el concepto de calor específico a presión constante Ce, que se define como la energía necesaria para hacer variar en 1 K la temperatura de un gramo del material. La relación entre Ce y Cp viene dada por: 𝐶𝑒 =

𝐶𝑝 𝑃𝑎

siendo Pa el peso atómico del material.

Dilatación térmica Al aumentar la temperatura, los átomos vibran con mayor amplitud alrededor de su posición de equilibrio, provocando un incremento en la distancia interatómica d0 de equilibrio, y por tanto haciendo aumentar las dimensiones del material. El cambio de dimensión dL por unidad de longitud y por grado centígrado (o absoluto) de temperatura está dado por la expresión: 𝛼=

𝑑𝐿 𝐿 𝑑𝑇

donde 𝛼 se define como el coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación.

El conocimiento del coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación permite determinar los cambios dimensionales que sufre el material como consecuencia de un cambio en su temperatura. 𝐿𝑇 = 𝐿𝑇 (1 + [𝑇 − 𝑇0]) 0 La determinación experimental del coeficiente de dilatación correspondiente a un material en un rango de temperaturas dado se realiza con ayuda de un dilatómetro. Los fundamentos de la dilatometría y los registros característicos se presentaron en la unidad correspondiente a las transformaciones isotérmicas de la austenita, como herramienta para la determinación de cambios de fases en estado sólido.

Conductividad Térmica La conductividad térmica k es una propiedad de los materiales que determina la velocidad a la que el calor se transmite en el material, siendo un factor de máxima importancia en aplicaciones que involucren la transferencia de calor: moldes de solidificación, intercambiadores, pantallas aislantes, etc. La ecuación fundamental que regula el flujo de calor Q por unidad de tiempo a través de una sección A, cuando existe un gradiente de temperatura dT/dx, viene dada por la expresión, ya conocida por física fundamental: 𝑄=𝑘

𝑑𝑇 𝑑𝑥

Fusibilidad La fusibilidad es la cualidad de fusible, o lo que es lo mismo, la facilidad con la que un material puede fundirse o derretirse. Este es un término que se usa principalmente a nivel químico y es aplicable a oficios como la herrería o las industrias pesadas donde se trabajan con metales, minerales y otros materiales que pueden ser fusibles. Viene determinada por el punto de fusión, que describe la temperatura en la cual llega a fundir.

Resistencia Térmica La resistencia térmica es una propiedad del calor y una medida de la diferencia de temperatura por la cual un objeto o material resiste un flujo de calor. La resistencia térmica para la conducción en una pared plana se define como: 𝑅𝑇 =

𝐿 𝑘𝐴

Dado que el concepto de resistencia térmica se puede utilizar en una variedad de ramas de ingeniería, definimos:

Resistencia térmica absoluta (𝑹𝑻 ) [K / W]. La resistencia térmica absoluta es una propiedad de un componente particular, que tiene una geometría definida (espesor – L, área – A y forma). Por ejemplo, una característica de un intercambiador de calor definido. Solo se necesita una diferencia de temperatura para resolver el calor transferido. Resistencia térmica específica o resistividad térmica específica [(K · m) / W]. La térmica específica es un material constante. Se requiere un espesor del material y una diferencia de temperatura para resolver el calor transferido.

Referencias: • • • •

https://www.materialesde.com/propiedades-termicas-de-los-materiales/ https://www.upv.es/materiales/Fcm/Pdf/Practicas/fcm11trb.pdf https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-resistencia-termica-resistividad-termicadefinicion/ https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-resistencia-termica-resistividad-termicadefinicion/...